具核梭桿菌與牙周炎關系的研究進展

宋冰清， 任彪， 程磊

1.口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫學研究中心 四川大學華西口腔醫院牙體牙髓病科，四川成都（610041）； 2.口腔疾病研究國家重點實驗室 國家口腔疾病臨床醫學研究中心 四川大學華西口腔醫院，四川 成都（610041）

牙周炎作為最常見的口腔慢性疾病之一，是成年人失牙的最主要原因。全球疾病負擔研究顯示，重度牙周炎已經成為世界第六大流行疾病［1］。第四次全國口腔健康流行病學調查結果顯示，中老年人群牙周健康率不足10%，口腔衛生和牙周健康狀況較差，牙周疾病預防與治療仍是口腔醫生的重點工作之一［2］。牙菌斑生物膜是牙周病的始動因子，當口腔菌群與宿主免疫之間相互制約的平衡被打破，則可能發生牙周感染，進而發生炎癥反應，導致軟硬組織的破壞［3］。牙周致病菌大都為革蘭陰性厭氧菌，其中最具有代表性的是由牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，Pg）、福塞斯坦納菌（Tannerella forsythia，Tf）、齒垢密螺旋體（Treponema denticola，Td）組成的紅色復合體［4］。除此之外，還有多種微生物如具核梭桿菌（Fusobacte-rium nucleatum，Fn）等協同致病，共同促進牙周炎的發生發展。本文旨在闡述Fn 與牙周炎的相關性及Fn 導致牙周炎的可能機制，為牙周炎的預防和治療提供新的思路。

1 Fn 與牙周炎的相關性

Fn 是一種革蘭陰性專性厭氧菌，細長如梭形，是口腔共生菌之一。它在口腔生物膜形成中起橋梁作用，是紅色復合體定植的必要條件，且與牙周深袋密切相關，因此被學者歸入牙周致病菌中的橙色復合體成員。

多個臨床研究顯示在牙齦炎、牙周炎等牙周疾病患者口腔中，Fn 檢出率都明顯升高。Arenas Rodrigues 等［5］采集了70 位牙齦炎患者、75 位牙周炎患者以及95 位牙周健康對照組的齦下菌斑，通過實時熒光定量PCR 檢測發現，牙周健康人群和牙齦炎患者齦下菌斑中Fn 檢出率分別為51.5%和74.2%，而牙周炎患者牙周深袋中Fn 的檢出率更是高達90.6%。Yang 等［6］也發現Fn 的檢出與牙周炎狀態及程度呈正相關關系。Ko 等［7］利用16S rRNA序列分析的方法檢測唾液樣本，也得出了類似結論。還有學者對慢性牙周炎患者和牙周健康對照組進行牙周基礎治療后，通過禁止受試者進行口腔衛生措施以觀察齦下微生物再定植，通過DNA-DNA 雜交技術發現牙周炎組Fn 再定植明顯多于對照組［8］。

在臨床研究基礎上，多位學者通過動物實驗研究驗證Fn 在牙周炎發生發展中的重要作用。Fn 單獨感染小鼠可促進宿主炎癥細胞浸潤及炎性因子分泌，導致牙周膿腫發生，增強破骨細胞活躍度，進一步導致牙周骨質破壞［9］。當Fn 分別與Td、Tf、Pg 共同感染小鼠時，小鼠牙周骨質破壞程度和炎性反應均比單菌種感染加重［10-11］，表明Fn 與紅色復合體之間存在毒力協同作用，共同導致牙周炎的發生發展。

Fn 已作為主要菌種參與構建牙周炎研究微生物模型。目前，已經建立了包括Fn 在內的雙菌種甚至多菌種小鼠模型，用于牙周炎致病機制、防治藥物等研究。Ben Amara 等［12］利用Pg 和Fn 共同感染小鼠牙周以研究群體感應系統。Gao 等［13］引入紅色復合體與Fn 協同作用的四菌種感染模型，探究牙周炎致病機制與牙周組織生物力學特性，均成功導致軟組織炎癥及骨質破壞，優化了牙周炎研究模型。

2 Fn 的致病機制

2.1 Fn 的共聚作用

在口腔菌斑生物膜的形成過程中，Fn 憑借其狹長的桿狀結構及表達的多種黏附素，起到至關重要的橋梁連接作用。一方面，Fn 憑借精氨酸可抑制性黏附素［arginine（R）-inhibitable adhesin，RadD］、膜相關蛋白（adherence inducing determinant 1，Aid1）及外膜蛋白（coaggregation mediating pro-tein A，CmpA）可與最初定植于牙面的變異鏈球菌（Streptococcus mutans，Sm）等相結合［14］；另一方面，通過黏附素RadD、孔蛋白FomA 及脂肪酸結合蛋白2（fatty-acid-binding protein 2，Fap2）的介導，Fn可與后期定植微生物Pg 等實現共聚，使其定植于生物膜中。由此可見，Fn 可以大量共聚致齲菌及牙周致病菌，促進了這兩種疾病的始動因子即牙菌斑的形成和成熟。在牙周炎發生發展過程中，Fn 可 以 共 聚Pg 等 細 菌［15］，促 進Pg 的 牙 周 致 病作用。

2.2 Fn 的毒力因子與黏附侵入作用

黏附素FadA 是Fn 最具代表性的毒力因子，在Fn 黏附和侵入上皮細胞中起到重要作用。FadA有分泌型和非分泌型兩種存在形式，二者形成復合體，共同調節Fn 對宿主細胞的黏附與侵襲。Fa-dA 是具核梭桿菌主動入侵細胞的必要條件，無需依賴于其他微生物。有學者通過梭桿菌屬全基因組分析，將具核梭桿菌等可主動入侵的菌種與被動入侵菌種相比較，認為Fn 入侵細胞是FadA、分泌型自主轉運蛋白（RadD）以及膜占位與識別聯結蛋 白2（membrane occupation and recognition nexus protein，MORN2）協同作用的結果［16］。FadA 可與牙齦上皮細胞的穿膜糖蛋白上皮鈣粘蛋白（epithelial cadherin，E-cadherin）結合，借助其狹長的外形以拉鏈機制侵入宿主細胞，同時影響細胞之間的黏附連接，方便其他微生物侵襲牙齦上皮。侵入上皮細胞的Fn 可借助FadA 與胞內受體維甲酸誘導基因蛋白I（retinoic acid-inducible gene I，RIG-I）相互作用，激活核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）通路，進而激活炎癥反應，發揮致病作用，引起組織破壞。此外，還有研究發現Fn 等革蘭陰性牙周致病菌可通過促進牙齦上皮細胞上皮間充質轉化，促進蝸牛同源物1（果蠅）樣1 蛋白（Snail-1）表達上調，E-cadherin 表達下調，破壞上皮細胞間連接，使牙齦上皮完整性喪失，從而促進致病菌侵入牙周組織深處［17］。

2.3 Fn 的內毒素與代謝產物

當Fn 死亡溶解時，可以釋放內毒素，即脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），后者被牙齦上皮細胞及成纖維細胞表面的Toll 樣受體識別，細胞內危險信號釋放，激活核苷酸結合寡聚化結構域蛋白（nu-cleotide binding oligomerization domain，NOD）樣受體家族3（NOD-like receptors，NLRP3）炎癥小體，從而促進成熟的細胞因子白細胞介素（Interleukin，IL）-1β 等釋放［18］，促進炎癥反應和骨吸收。Fn 還可以分泌一種65 kDa 的絲氨酸蛋白酶［19］，不僅為其自身生長提供絲氨酸等營養需求，還具有破壞宿主組織的作用。一方面，絲氨酸蛋白酶可以降解細胞外基質蛋白，導致牙周結締組織的破壞；另一方面，它還可以降解宿主免疫系統中的免疫球蛋白和補體，如消化IgA 的α 鏈，有助于細菌逃避宿主的防御系統。

Fn 的代謝產物丁酸也可影響牙周健康，通過誘導活性氧（reactive oxygen species，ROS）產生，抑制細胞周期進程從而抑制人牙齦上皮細胞、成纖維細胞的增殖，并且可影響其蛋白質合成，促進細胞因子釋放，誘導細胞死亡。丁酸滲透進入牙周組織深處，不斷富集，高濃度的丁酸可以促進成骨細胞ROS 的產生，從而刺激8-異構前列腺素、基質金屬蛋白酶-2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2）等的分泌，導致骨質破壞并影響骨的修復［20］。丁酸還可在T 細胞中產生毒性作用，誘導其凋亡，調節牙周組織中免疫調節細胞群體數量，從而影響牙周炎的發生發展。

2.4 Fn 對宿主免疫應答的影響

宿主依靠免疫防御系統抵御Fn 的侵襲，如牙齦上皮的物理防御作用，巨噬細胞及中性粒細胞的吞噬作用等。牙齦上皮細胞還能通過TLR2 識別致病微生物，促進抗菌肽如人β-防御素（human β-defensin，HβD）-2、HβD-3 等釋放，輔助牙齦上皮的防御屏障作用。牙周炎癥發生后，中性粒細胞可以通過NOD-1、NOD-2 受體被激活，形成中性粒細胞胞外誘捕網，限制感染的范圍［21］。宿主免疫反應是一把雙刃劍，過度的炎癥反應加重組織破壞。Fn 對宿主的負面影響不僅包括上述的破壞上皮防御屏障以及降解抗體，還可誘導外周血單核細胞和多形核粒細胞凋亡，產生免疫抑制作用，與口腔微生物相平衡的免疫防御破壞后，多種致病菌富集，促進牙周炎的發生發展。

Fn 的促炎致病作用還表現在被Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLR）-2、TLR-4 識別后，激活髓樣 分 化 因 子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）依賴性途徑，從而活化NF-κB，最終導致IL-6、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等細胞因子的釋放［22-23］。而IL-8 的釋放則依賴于p38 分裂原激活的蛋白激酶（mitogen activated pro-tein kinases，MAPK）通路［24］。同時，Fn 可通過激活蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/AKT）/MAPK 和NF-κB 信號通路，抑制成纖維細胞增殖并促進其凋亡，產生ROS，釋放炎癥因子，抑制組織修復［25］。Fn 還能促進宿主細胞產生MMP-13 和多種蛋白激酶，誘導炎癥發生，引起牙周組織破壞，促進感染上皮細胞的遷移、增殖和存活。

2.5 Fn 介導牙周炎與系統性疾病

近年研究表明，牙周炎和全身系統性疾病之間存在緊密的聯系，微生物在兩者關聯中起到了重要的橋梁作用。Fn 等牙周致病菌借助消化道、呼吸道、血液等到達全身各個部位，其產生的毒素和代謝副產物也可能入血參與調節口腔以外的免疫炎癥反應［26］。Fn 的毒力因子黏附素FadA 不僅是牙周炎的研究熱點，其在介導牙周炎與系統性疾病關系中也起到了重要的作用。孕婦牙周炎患者體內的Fn 可以借助FadA 與胎盤屏障的血管內皮細胞鈣粘蛋白（vascular endothelial cadherin，VE-cadherin）結合，增加血管通透性［27］，促進各種致病微生物進入子宮，引起子宮感染，造成早產［28］、死產等不良妊娠結局［29］；腸道中Fn 表面的FadA 可與結直腸上皮細胞的E-cadherin 結合，激活Wnt/β-連環蛋白（β-catenin）信號通路［30］，促進細胞增殖，導致腫瘤形成［31］。但牙周炎與絕大多數疾病之間的因果關系及具體機制仍未明確，還有待進一步研究。

3 小 結

Fn 作為牙周致病菌的典型代表，在牙周炎中具有高檢出率。Fn 可借助多種黏附素共聚致病菌、黏附侵入上皮細胞，利用毒力因子和代謝產物等破壞牙周組織，并可以誘導宿主產生免疫炎癥反應，促進牙周炎甚至全身系統性疾病的發生發展。目前，齦上潔治、齦下刮治是牙周治療中最重要的基礎治療，但因為器械、技術及解剖結構等原因，無法完全清除菌斑，臨床中多采用沖洗上藥增加療效。臨床上輔助牙周基礎治療的藥物并不能針對Fn 等特定牙周致病菌，可能會導致菌群失調或耐藥等問題，更多的輔助治療方法有待開發。因此，通過明確Fn 的致病機制，研發針對Fn 黏附素、毒力因子、代謝產物或切斷各個致病通路的材料、藥物，降低深牙周袋中的Fn 豐度，以達到和其他口腔微生物及宿主的平衡，或許可成為牙周炎預防與治療的新思路。

【Author contributions】 Song BQ wrote the article. Ren B，Cheng L revised the article. All authors contributed to the article and approved the submitted version.